《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Impact of climate-induced compositional shifts of ethanol and acidity on aroma release and perception in red wine: a case study on γ-nonalactone and massoia lactone
气候变暖驱动的升温正在提高葡萄酒乙醇（ethanol）含量，促使pH和可滴定酸度（titratable acidity, TA）出现非典型趋同，并促进特定葡萄酒挥发性物质的积累，包括γ-壬内酯（γ-nonalactone, γ-C9）和玛西娅内酯（massoia lactone, MLac）。本研究评估了乙醇和酸度如何调节红葡萄酒中γ-C9和MLac的释放及其感官影响。研究人员将脱香商业红葡萄酒通过3×3析因设计重构为九个模型基质（乙醇体积分数分别为12%、14%、16%；pH/TA比值分别为0.40、0.55、0.80），并添加γ-C9和MLac。顶空释放通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC–MS）进行定量，经过培训的评价员进行三角测试和全选适用法（rate-all-that-apply, RATA）分析（正鼻嗅闻、后鼻嗅闻、味觉/口感）。
正鼻嗅闻结果显示，γ-C9在所有低pH/TA基质中均可被区分，且MLac在高乙醇/低pH/TA基质中亦可被感知。这些感官结果可通过高乙醇体积分数（16%）和低pH/TA条件下葡萄酒顶空中内酯类化合物更高释放来解释；然而，部分感官差异无法通过顶空变化解释，提示存在基质依赖性感知觉交互作用。RATA分析表明，随着乙醇增加和/或pH/TA升高，香气特征从柑橘/热带水果调转向更甜/更飘逸的细微差别，同时酒体感知增强；味觉评分显示高乙醇/高pH/TA条件下酸度降低、苦味增加。
总体而言，这些结果表明乙醇和酸度作为交互调节因子，影响挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）的释放、其知觉整合以及味觉平衡。在此背景下，酿酒工艺实践如葡萄酒酸化对于抵消气候诱导的不平衡至关重要，但需仔细评估其增强γ-C9和MLac感官影响及红葡萄酒整体感官品质的潜在能力。
气候变化（climate change, CC）已成为葡萄栽培与酿酒学领域面临的主要挑战，气温上升作为最具影响力的驱动因素之一，导致葡萄成分发生显著改变，进而影响葡萄酒感官特性。除极端和不可预测天气事件的直接影响外，气候变暖还导致全球葡萄酒产量在2024年降至60余年来最低水平。葡萄酒是一种复杂的酒精饮料，主要由挥发性组分（包括乙醇和决定葡萄酒香气的挥发性有机化合物）和非挥发性组分构成，后者关键成分包括多酚（决定颜色与口腔感觉）和有机酸（负责酸味并决定葡萄酒pH值）。这些组分通过化学和知觉交互作用塑造葡萄酒的化学与感官品质。
在此复杂体系中，乙醇含量、pH值和可滴定酸度（TA）已成为关键参数，主要因其对气候相关升温的敏感性，对葡萄酒组成、技术性能、感官品质和陈年潜力具有显著影响。升温导致葡萄糖度上升，进而使葡萄酒乙醇浓度升高；同时高温对葡萄和葡萄酒酸度组成产生实质性影响，通常表现为TA降低和pH升高，呈现异常趋同趋势。这主要由于酒石酸在成熟过程中保持相对稳定，而苹果酸在高温条件下通过呼吸作用和酶促分解被降解。这些组成变化常需农艺管理和酿酒干预来控制酒精浓度，并获得适当的pH/TA比值，这对于微生物稳定性、颜色稳定性、化学稳定性及感官平衡至关重要。此外，水分胁迫事件倾向于浓缩糖分并改变浆果生理，一般促进潜在乙醇含量增加和酸平衡进一步改变；光照和紫外线辐射调节葡萄次级代谢途径，可能改变成品葡萄酒的挥发性特征。
关于葡萄酒挥发性组分，研究表明高温可导致特定分子标志物积累，其中γ-壬内酯（γ-C9）和5,6-二氢-6-戊基-2H-吡喃-2-酮（即玛西娅内酯，MLac）可导致 prune 和 dried fig 气味，常被认为与过早老化嗅觉特征相关而不受青睐。γ-C9已存在于葡萄汁中，其浓度在葡萄酒中增加，因为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）在酒精发酵过程中以约95%效率将4-氧壬酸转化为γ-C9；亚油酸和13-氢过氧十八碳二烯酸也被鉴定为酒精发酵期间γ-C9的前体。γ-C9水平随葡萄成熟度增加而升高，葡萄皱缩也促进其浓度上升，同时氧化过程似乎也能增强葡萄酒中γ-C9的形成。γ-C9的感官相关性因其低气味阈值（27 μg·L
-1）而凸显，其在葡萄酒中的浓度范围为5.9 μg·L
-1（白葡萄酒）至178.5 μg·L
-1（甜型或陈年红葡萄酒）。
MLac存在于葡萄汁和葡萄酒中，其最终浓度受采收日期和技术工艺（如葡萄脱水）影响。尽管其在葡萄中的来源尚未完全阐明，但推测源自蓖麻油酸和亚油酸的降解。从感官角度，其在葡萄汁和模型酒中的阈值为10-11 μg·L
-1，其（R）-对映体已被证明有助于梅洛和赤霞珠葡萄汁中干无花果风味的形成，浓度可达68 μg·L
-1；但在具有类似风味的葡萄酒中，由于酒精发酵期间部分转化为（R）-δ-癸内酯，浓度降至约20 μg·L
-1。
多项研究强调，葡萄酒感官品质不仅取决于感官活性化合物的化学组成，还取决于挥发性组分与非挥发性基质之间的相互作用，包括知觉交互作用。例如，乙醇浓度影响VOCs的溶解度及其在气液两相之间的分配，高乙醇水平通常与多种VOCs释放减少相关。在红葡萄酒中，高乙醇含量抑制了具有果香或花香化合物的挥发性，降低其感知。值得注意的是，即使乙醇浓度的微小变化（1% v/v）也能显著影响葡萄酒基质中VOCs的释放，改变葡萄酒芳香特征。此外，酸度变化可影响特定挥发性化合物的释放；尽管这些相互作用背后的机制尚未完全理解，近期研究表明pH和TA的变化可通过影响基质内的离子化和溶剂化动力学来调节挥发性释放。
尽管众多研究已探讨乙醇、有机酸、糖和多酚等主要葡萄酒基质组分与VOCs的相互作用，但尚无研究探索这些受气候变化影响改变的组分如何共同作用以调节红葡萄酒的香气释放和风味感知。目前尚不清楚更高的乙醇水平会放大、抑制还是改变气候挥发性分子标志物的释放和感官影响，以及pH/TA水平的转变能否调节其挥发性和感知。因此，本研究通过三个实验步骤，调查了与CC相关升温影响的组成参数（即γ-C9、MLac、乙醇、pH和总酸度）对红葡萄酒感官质量的整体影响，检验主要感官维度（正鼻嗅觉、味觉、口感和后鼻嗅觉）。工作假设为：气候相关的乙醇含量增加结合pH/TA比值的改变，不会独立作用，而是交互调节红葡萄酒中与气候相关的挥发性标志物（γ-C9和MLac）的释放和感官感知。
该研究发表于《Journal of the Science of Food and Agriculture》。研究采用的主要关键技术方法包括：以意大利Faenza产地2023年份商业红葡萄酒（Tavernello, Caviro）为样本，经脱香处理后重构为九个模型基质，模拟不同气候变化情景；采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC–MS）定量分析γ-C9和MLac的顶空释放，使用DVB/CAR/PDMS萃取头（50/30 μm涂层厚度），40±2°C条件下萃取30分钟，GC–MS-QP2010四极杆质谱仪配DB-WAX UI色谱柱（60 m, 0.25 mm内径, 0.25 μm膜厚），选择离子监测模式（SIM）；感官评价由35人组成的小组完成，包括三角测试（TT, ISO 4120:2021）和全选适用法（RATA）描述性分析，16名经过16小时培训的评价员参与，涵盖正鼻嗅闻、后鼻嗅闻（noselips辅助区分）以及佩戴鼻夹的味觉/口感评估；数据统计采用方差分析（ANOVA, Tukey HSD事后检验, P<0.05）和主成分分析（PCA, Pearson, P<0.05）。
**1. 基质组成对γ-C9和MLac正鼻嗅闻感知及释放的影响**
该部分研究旨在探究葡萄酒基质组成（特别是乙醇含量和酸性特征（pH/TA比值）的变化）如何影响γ-C9和MLac的正鼻嗅闻感知。通过三角测试评估了九种模拟气候变化组成情景的模型红葡萄酒基质。结果显示，乙醇浓度和/或酸性特征的变化可显著影响两种VOCs的嗅觉感知，表明这些基质组分对其感官影响具有调节作用。γ-C9在所有最低pH/TA比值（0.4）的样品中均被显著区分，与酒精浓度无关（LL、ML、HL基质）。MLac则在最高酒精水平（16%）和最低pH/TA比值（0.4）的葡萄酒（HL基质）中，以及中等酒精含量（14%）和高pH/TA比值（0.8）的葡萄酒（MH基质）中被显著区分。因此，γ-C9和MLac在添加至高乙醇含量（16%）和低pH/TA比值（3.2/8）的基质中均可被明显感知。
为评估这些感官差异是否由基质组成差异诱导的VOC释放变化所驱动，研究通过HS-SPME-GC–MS对九种基质的γ-C9和MLac挥发化进行了定量。在低和高pH/TA比值条件下，挥发性释放主要由乙醇浓度增加及由此产生的界面现象驱动。最显著且统计学意义的顶空浓度增加出现在HL基质（16% v/v乙醇；pH/TA 3.2/8）中，此时高乙醇含量与最高离子强度共存。在此条件下，乙醇诱导的界面效应与盐析效应的联合作用可能促进挥发性物质从液相至顶空的质量传递。该机制对γ-C9更为显著，因其具有较低的沸点（243°C）和较高的极性（logP
o/w=1.942），相较于MLac（沸点286°C；logP
o/w=2.540），这些物理化学性质使其对乙醇驱动的表面张力和羟醇基质极性变化以及挥发动力学变化更为敏感。
然而，部分由三角测试揭示的显著感官差异并未反映为γ-C9和MLac顶空浓度的相应显著变化，表明某些感官效应可能并非直接源于这两种内酯释放的变化，而是来自知觉交互作用和认知过程。此前研究已表明，即使挥发性组成或整体感知气味强度无显著变化，基质组成的改变也可改变红葡萄酒的定性气味特征和整体感官特征。此类变化无法完全由基质驱动的VOCs释放调节来解释，因为香气释放并不总能解释感官感知，这是由于外周和中枢水平生理机制的作用。乙醇作为关键组分，葡萄酒感官品质似乎随其含量呈非线性模式变化，存在显著的最大值和最小值。在红葡萄酒中，这些动态在乙醇浓度约13-13.5%和14.5-15%附近诱导感官特征的可感知不连续性，不仅体现在味觉和触觉感受上，还包括气味感知。
**2. 基质组成对风味感知的影响**
该部分研究评估葡萄酒基质组成改变对含γ-C9和MLac葡萄酒风味感知的影响，重点在于后鼻嗅闻香气感知和味觉。通过RATA在九种重构葡萄酒基质上进行了评价。
后鼻嗅闻香气感知的主成分分析（PCA）显示，前两个主成分解释了82.49%的总方差（F1: 59.46%；F2: 23.03%），揭示了样品间基于组成的感官分离。沿第一主成分（F1），样品分为两组：位于正半轴的样品（主要为HH和MH）与较高的酒体感知、化学/飘逸细微差别以及较低程度的甜香调相关负面气味相关；位于负半轴的基质（LL, LM, ML）则与柑橘和热带水果描述词相关。这一分布表明，在低和中等乙醇水平下，增加pH/TA比值（即降低总酸度、提高pH）逐渐将添加固定量两种内酯的基质的后鼻芳香特征从清新柑橘和热带水果调（LL, ML）转向更甜的香气和更强的酒体感知（LH, MH）。当乙醇含量较高时，柑橘和热带水果调不再出现（HL），从低pH/TA比值向中等（HM）和高（HH）转变时，乙醇逐渐从掩盖水果调转向在后鼻芳香水平赋予飘逸印象，最终体现为酒体和甜香调。这表明在高乙醇浓度条件下，其感官作用占主导并由pH/TA比值调节。
化学/飘逸描述词方面，低和中等乙醇含量（12%和14% v/v）的基质与该属性无相关性，而高乙醇基质（16% v/v），特别是HM，显示出明显关联。这提示直至14% v/v乙醇，γ-C9和MLac赋予的芳香特征（椰子、桃和干果调）可能有助于掩盖乙醇相关感觉；但在16% v/v时，乙醇相关线索变得知觉上占主导，尤其在中等酸度条件下。高乙醇基质与增强酒体感知之间的正相关与感官证据一致，即乙醇通过增强酒体、黏度以及温暖感和苦味等感觉对口感有贡献。与化学/飘逸描述词类似，高乙醇基质（16% v/v），特别是HM，与该属性显示出明显关联。
味觉平衡方面，RATA在佩戴鼻夹条件下进行以排除后鼻嗅觉影响。PCA解释了93.94%的总方差（F1: 73.98%；F2: 19.96%）。沿F1，与甜味和苦味相关的基质（正半轴）与酸味和咸味（负半轴）清晰分离。如预期，增加pH/TA比值（反映降低总酸度、提高pH）与酸味感知降低相关。较高pH/TA比值的样品（MH, HH以及MM和HM）投影于F1正侧，显示与甜味和苦味更强的相关性，并与酸味形成明确对立。此外，增加乙醇含量通常与酸味感知进一步减弱相关。在最高乙醇水平（16% v/v）结合高pH/TA比值（低酸度）（HH）时，葡萄酒表现出酸味感知显著降低和苦味增加。这些结果表明乙醇和酸度对味觉感知具有交互作用。
研究讨论部分涉及多个层面。从正鼻嗅闻角度，与气候变化相关的组成变化，特别是乙醇增加和改变的酸度特征，能够实质性重塑葡萄酒的正鼻香气。γ-C9和MLac的可检测性并非仅由乙醇或酸度单独决定，而是由其通过基质介导的联合作用决定，证实了基质组成在调节香气释放和感知中的交互作用。特别是在具有"最优"pH/TA比值的红葡萄酒基质中，γ-C9随乙醇增加而逐渐更易被感知，而MLac仅在最大乙醇浓度（16% v/v）时被检测到，提示两种内酯的正鼻感官表达由基质内乙醇-酸度交互作用调节，而非仅由气味物质的存在决定。这些发现在气候变化背景下尤为重要，此时校正性酸化实践日益应用于抵消酸性不平衡。根据研究发现，在高酒精基质中，酸度调整可能无意增强气候相关香气标志物如γ-C9和MLac的感知，潜在改变香气平衡。
从风味角度，乙醇和酸度作为交互性感官调节因子。增加乙醇结合降低酸度将后鼻感知从清新柑橘和热带水果调转向更甜的香气和飘逸调，同时增强酒体感知。味觉平衡同时受到影响，高乙醇和高pH/TA特征的基质被感知为酸度更低、苦味更强，这与乙醇相关口感和甜味抑制酸度、促进苦味表达的跨模态交互作用一致。这些结果与后鼻芳香感知结果共同表明，在当前气候背景下出现的高乙醇结合汇聚的pH和TA，导致涉及后鼻嗅觉和味觉两方面的新鲜感丧失。
从应用酿酒学角度，频繁用于校正pH/TA汇聚的酸化实践，当应用于高乙醇和高内酯水平葡萄酒时，可能进一步增强而非简单恢复γ-C9和MLac的感官影响。尽管本研究在气候变化背景下开展，但对改善低酒精和脱醇葡萄酒的感官品质也有参考价值，其中乙醇和酸度的变化已知影响香气释放和感知。本研究的局限性在于实验在脱香葡萄酒上进行，未考虑其他关键组成部分（如多酚基质）；此外，γ-C9和MLac以文献报道的较高浓度添加，可能放大了感官效应，限制了对典型商业葡萄酒的直接外推。
研究结论部分翻译如下：本研究表明，与气候变化相关的红葡萄酒基质组成温度驱动型改变，如挥发性内酯（γ-C9和MLac）水平升高、乙醇增加以及pH与TA汇聚及其酿酒学校正，显著影响红葡萄酒的释放和风味感知。综合化学和感官方法支持了研究工作假设，突出表明γ-C9和MLac的感官影响不仅由其浓度决定，而很大程度上取决于乙醇与酸度之间基质依赖性相互作用。
从正鼻嗅闻角度，乙醇和pH/TA的变化调节了γ-C9和MLac的顶空可获得性，最高释放在高乙醇和低pH/TA条件下观察到。在这些基质中，两种内酯的感官判别主要由增强的挥发化驱动，证实基质组成通过分配和质量传递变化等物理化学机制调控香气表达。然而，若干可感知差异无法仅由顶空浓度解释，提示基质驱动的知觉和认知机制也可能对气味表达有所贡献，超越简单的释放现象。
在风味层面，乙醇和酸度作为交互动态调节因子发挥作用。增加乙醇结合降低酸度将后鼻感知从清新柑橘和热带水果调转向更甜的香气和飘逸调，同时增强酒体感知。同时，味觉平衡受到影响，高乙醇和高pH/TA特征矩阵被感知为酸度更低、苦味更强，这与跨模态交互作用一致，其中乙醇相关口感和甜味抑制酸度并促进苦味表达。这些结果与后鼻芳香感知结果共同表明，在实际气候背景下出现的高乙醇结合汇聚的pH和TA，导致涉及后鼻嗅觉和味觉两方面的新鲜感丧失。
从应用酿酒学角度，这具有实际意义：用于校正pH/TA汇聚的频繁酸化实践，当应用于高乙醇和高内酯水平葡萄酒时，可能进一步增强γ-C9和MLac的感官影响，而非简单恢复新鲜度。在此意义上，尽管本工作在气候变化背景下开展，但对改善低酒精和脱醇葡萄酒的感官品质也可能具有参考价值，其中乙醇和酸度的变化已知影响香气释放和感知。本工作作为首批通过基质-香气交互作用框架探讨气候变化效应的研究之一，仍存在一定局限性。实验在脱香葡萄酒上进行，未考虑其他关键组成部分（如多酚基质）。此外，γ-C9和MLac以文献报道的较高浓度添加，可能放大了感官效应并限制对典型商业葡萄酒的直接外推。未来研究应验证本试点研究的发现。
